Projektowanie fluoroforów

Chemia organiczna

Chemia kwantowa

Chemia teoretyczna

110 godzin, w tym

60 godzin z udziałem nauczyciela = 5 godzin wykładu+40 godzin pracowni komputerowej+15 godzin konsultacji

oraz 50 godzin pracy własnej

W1: ma pogłębioną wiedzę z dziedziny spektroskopii molekularnej i chemii obliczeniowej pod kątem jej wykorzystania w celu projektowania nowych materiałów fotoczułych – K_W01,K_W02

W2: zna podstawy metod obliczeniowych chemii kwantowej dedykowanych opisowi stanów wzbudzonych cząsteczek i umie stosować wybrane narzędzia teoretyczne do projektowania i wyjaśniania wyników eksperymentalnych - K_W08

U1: potrafi, używając metod teoretycznych, wyznaczać właściwości fotofizyczne cząsteczek oraz badać ścieżki reakcji chemicznych w stanie wzbudzonym, umie świadomie wybrać optymalną metodę; potrafi samodzielnie przeprowadzić obliczenia, użyć ich do analizy danych eksperymentalnych i w sposób krytyczny ocenić wyniki - K_U10

U2: potrafi wyszukać samodzielnie informacje dotyczące badanych związków w czasopismach oraz bazach danych, sformułować problem badawczy, znaleźć jego rozwiązanie oraz opracować raport z wyników uzyskanych obliczeń - K_U08

K1: potrafi samodzielnie podjąć działania w celu poszerzania i pogłębiania wiedzy chemicznej - K_K01

K2: potrafi współdziałać w zespole (przyjmując w nim różne role) i kreatywnie rozwiązywać problemy dotyczące obliczeń kwantowochemicznych i projektowania fluoroforów - K_K02

K3: ma świadomość możliwości znaczenia dla gospodarki projektowania nowoczesnych materiałów fotoczułych, potrafi poszukiwać rozwiązań umożliwiających optymalizację tego procesu -K_K03

Wykład informacyjny, wykład problemowy, studium przypadku, dyskusja, metoda projektu, seminarium

- opis
- opowiadanie
- pogadanka
- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład konwersatoryjny
- wykład problemowy

- ćwiczeniowa
- doświadczeń
- giełda pomysłów
- laboratoryjna
- projektu
- referatu
- seminaryjna
- studium przypadku

- metody oparte na współpracy
- metody służące prezentacji treści
- metody wymiany i dyskusji

Przedmiot „Projektowanie fluoroforów” ma na celu zapoznanie studentów ze strategiami projektowania barwników i fluoroforów pod kątem wybranych zastosowań biomedycznych i technologicznych, czynnikami wpływającymi na wzmacnianie i wygaszanie zjawisk absorpcji i emisji promieniowania, zaletami materiałów wykazujących nieliniowe właściwości optyczne oraz możliwościami wykorzystania zjawisk takich jak podwójna emisja, upkonwersja fotonów, termicznie aktywowana opóźniona fluorescencja, fosforescencja. Na wybranych przykładach cząsteczek organicznych zaprezentowane zostaną techniki chemii obliczeniowej dedykowane stanom wzbudzonym i właściwościom fotofizycznym molekuł, przy czym uwaga studentów zostanie zwrócona na prowadzenie obliczeń na granicy z eksperymentem – w celu jego projektowania lub wyjaśniania. Prezentacja narzędzi obejmie również techniki uczenia maszynowego i wykorzystanie generatywnej sztucznej inteligencji w projektach obliczeniowych.

Wykład: Diagram Jabłońskiego, reguły wyboru w spektroskopii UV-Vis, reguła Kashy, zasada Francka-Condona, zjawiska absorpcji promieniowania, fluorescencji i fosforescencji, przesunięcie Stokesa, upkonwersja fotonów, nieliniowe zjawiska optyczne, reguły barwności związków organicznych, strategie projektowania fluoroforów, zastosowania fluoroforów z uwzględnieniem stawianych przez nie wymagań (np. OLED, DSSC, terapia fotodynamiczna), modele chemii kwantowej stosowane do opisu cząsteczek barwnych (cząstka w pudle potencjału, metoda Huckla, TD-DFT), absorpcja i emisja w rozpuszczalniku oraz w ciele stałym, emisja wzmacniana lub wygaszana przez agregację.

Pracownia komputerowa: Dla przykładowych układów, dla których dostępne są dane eksperymentalne absorpcji i emisji przeprowadzone będzie modelowanie struktur w stanie podstawowym i wzbudzonym, rozkładu gęstości elektronowej, wewnątrzcząsteczkowego przeniesienia ładunku, wpływu podstawników elektronodnorowych i elektronoakceptorowych na właściwości fotofizyczne, badanie wpływu rozpuszczalnika, agregacji i oddziaływań w krysztale na absorpcję i emisję promieniowania, obliczenia ścieżek reakcji przeniesienia protonu w stanie podstawowym i wzbudzonym w celu projektowania cząsteczek wykazujących duże przesunięcie Stokesa.

Literatura podstawowa:

1. Podstawy fizykochemii barwników, Jadwiga Gronowska, Wydawnictwo UMK, Toruń 1997.

2. Chemia obliczeniowa w laboratorium organicznym, A. Kaczmarek-Kędziera, M. Ziegler-Borowska, D. Kędziera, Wydawnictwo Naukowe UMK, Toruń 2014.

3. Chemia fizyczna, P. W. Atkins, J. De Paula, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2016 – lub Atkins' Physical Chemistry, P. W. Atkins, J. De Paula, ‎ Oxford University Press 2018.

4. Molekularna mechanika kwantowa, P. W. Atkins, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1974 – lub Molecular quantum mechanics, P. W. Atkins, ‎ Oxford University Press 2010.

5. Chemia organiczna, J. Clayden, N. Greeves, S. Warren, P. Wothers , WNT Warszawa 2016 – lub Organic Chemistry, J. Clayden, N. Greeves, S. Warren, ‎ Oxford University Press 2012.

Literatura uzupełniająca:

1. Chromic Phenomena: Technological Applications of Colour Chemistry, P. Bamfield, M. G. Hutchings, RSC Publishing Cambridge 2010.

2. C. Adamo, D. Jacquemin, The calculations of excited-state properties with Time-Dependent Density Functional Theory, Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 845. DOI: 10.1039/c2cs35394f

3. C. Azarias, Š. Budzák, A. D. Laurent, G. Ulrich, D. Jacquemin, Tuning ESIPT fluorophores into dual emitters, Chem. Sci., 2016, 7, 3763. DOI: 10.1039/c5sc04826e

Egzamin pisemny lub ustny – W1, W2, U1, U2, K1, K2, K3

Dziennik refleksji - W1, W2, U1, U2, K1, K2, K3

Raporty z wykonanych projektów badawczych - W1, W2, U1, U2, K1, K2, K3

Referat - W1, W2, U1, U2, K1, K2, K3

Nie dotyczy